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持續 140 多年,這個史上最漫長的實驗到底在研究啥?

2024-01-02推薦

我們日常生活中隨處可見種子,從花生米到咖啡豆,種子無處不在。但種子不僅僅是我們餐桌上的美味,在植物學中,它們代表著生命的起點。

一粒種子,包裹著未來的希望:種皮為其提供保護,胚則是生命的起源,而胚乳則充滿營養物質。但你知道種子的生命力有多麽強大嗎?最長可以存活多久?然而,在看完這篇文章之前,應該沒人敢相信,目前 種子存活的最長紀錄是 3.2 萬年

各種種子 圖片來源:作者AI生成

凍土層中 3.2 萬年前的種子復活了

想象一下,在動畫電影【冰川時代】中,那只追求堅果的松鼠可能從未想到,它的遠古同類所埋藏的種子,會在 3.2 萬年後成為科學的奇跡。

2007 年,俄羅斯的古生物學家在西伯利亞科雷馬河的永久凍土層深處,發現了一系列古代松鼠的巢穴。這些洞穴深藏地下 20 至 40 米,成為時間的膠囊,裏面保存著一批約 3.2 萬年歷史的植物種子。

到了 2012 年,科學家們啟動了一項前所未有的嘗試: 復活這些古老的種子。 他們成功培育出了狹葉蠅子草 ( Silene stenophylla ) ,這不僅是植物學史上的一大突破,更是 最古老的植物種子復活紀錄的重新整理。

但這個復活過程並非簡單的種植,而是一項技術挑戰。科學家們首先從這些遠古種子中提取胚胎組織,然後利用精密的組織培養技術,才實作了這一生命的重新開機。

那麽,這些埋藏了 3.2 萬年的種子為何得以存活至今?研究人員推測,這些種子在被松鼠埋藏後,被凍結在永久凍土層中,而這層凍土自那時起便未曾融化。這種 冰封的環境 為種子提供了一個獨特的保存條件,讓它們得以穿越時光。

當這批 3.2 萬年前的植物種子被專業科研團隊發現並復活時,它們不僅展示了過去的遺跡,還為我們提供了研究古代生物的獨特機會。經過培育,這些古老的狹葉蠅子草開出了花朵,雖然在花瓣間隙、長度和葉片形態上與現代同類植物略有不同,但其本質特征保持不變,成為連線過去與現在的生物橋梁。

3.2 萬年前的種子長出的狹葉蠅子草 圖片來源:參考文獻1

古堡碎石中的兩千年種子奇跡

在狹葉蠅子草種子重新整理古老種子復活紀錄之前,有一個故事已經在科學界流傳:兩千年前的棗椰樹種子的復活。這個故事始於以色列南部的阿拉瓦沙漠,一個曾經是棗椰樹生長地的地方。

這些樹木因為氣候變遷和缺乏水源逐漸消失了數百年。然而,40 年前,在挖掘死海東岸的古堡馬察達要塞時,考古學家們發現了一批棗核,正是這些棗核使得消失已久的棗椰樹再次在現代煥發生機。

科學家們用這些古老的棗核進行了一系列精心的實驗。他們將棗核放入保溫瓶中,緩緩灌水,並使用赤黴酸和植物生長激素來促進它們發芽生根。隨後,這些種子被種植在充滿新鮮土壤的盆栽中。

經過 26 個月的悉心培養,這些 沈睡了兩千年的棗椰樹種子 不僅 發芽 了,還長到了 121 厘米的高度。這種復活在極端幹燥和炎熱的死海地區氣候條件下成為可能,這些條件為種子提供了一個幾乎完美的自然保存環境。

透過對這些古代棗椰樹葉片的 DNA 分析,科學家發現,盡管這些古老品種與現代棗椰樹在基因層面有超過 50%的相似度,但它們仍然保留了獨特的歷史銘印。

最令人驚喜的是,經過不懈地努力, 這些古代樹木甚至結出了果實。 第一批收獲的椰棗平均每顆重約 18 克,被描述為極其美味。這種科研成果不僅僅是科學的勝利,更是一個關於時間和生命力的美麗故事。盡管我們還無法目睹恐龍的復活,但已經可以品嘗到數千年前的椰棗,這正是科學研究的魅力所在。

圖 32 千年前的種子長出的棗椰樹。 圖片來源:參考文獻2

為了測定種子壽命

科學家做了一個持續一百年的實驗

在 2021 年 4 月一個寂靜的淩晨,密芝根州立大學的一個隱秘角落成為了一群植物學家的聚集地。他們頭戴探照燈,手持鐵鍬和卷尺,遵循一張陳舊的地圖,開始了一場不同尋常的挖掘。

他們的目標不是傳統意義上的寶藏,而是一批埋藏了 142 年的種子,這些僅僅是一些普通的雜草種子。但它們卻是一項歷時長達一個世紀以上的偉大科學實驗的一部份。不過,這是一項十分漫長而偉大的科學實驗,直至今日, 這項實驗已經進行了 140 多年,而且還得再等 80 年才能結束。

圖4 挖掘種子的示意圖 圖片來源:作者 AI 生成

這項由威廉·占士·比爾教授於 1879 年設計的實驗,目的是 探索休眠種子的實際壽命。 比爾教授準備了 20 個玻璃瓶,每個瓶子裝有 1050 顆來自 21 種不同植物的種子,每種各 50 顆,與濕潤的沙子混合後埋藏於校園內。

最初,計劃每隔 5 年挖掘一瓶來測試種子的存活狀況。然而,隨著時間的推移,這個時間間隔逐漸延長,從 20 世紀 20 年代的 10 年延長到 80 年代的 20 年。

經過一個多世紀的漫長等待,這些種子中的大多數已經失去了生命活力,但令人驚奇的是, 毛瓣毛蕊花 Verbascum blattaria ) 的種子 仍然保持著生命力。 這一發現不僅驗證了種子驚人的生命力,還為我們提供了關於種子存活和生態系恢復的寶貴數據。

從比爾教授保藏的第 16 個瓶子中取出種子並行芽生長 圖片來源:參考文獻3

比爾教授最初設計這項實驗的目的是為農業提供參考,了解雜草種子在農田中的生存周期。但隨著時間的推移,這項實驗的意義已經超越了最初的目的,為我們提供了關於種子長期保存和生態環境改善的重要見解。這項 實驗預計將在 2100 年結束 ,目前仍有 4 個玻璃瓶等待著科學家們的發掘。

結語

這些關於種子的故事,從古冰土和沙漠碎石中的千年復活到密芝根州立大學的百年實驗,不僅展示了種子作為生命起源的不朽力量,還揭示了自然界中生命與時間的微妙交織。

這些種子橫跨千年歷史,成為我們與過去的橋梁,同時也是科學探索和自然保育的重要標誌。它們教會我們尊重自然,提醒我們在維護地球生態平衡中的責任,展現了自然界等待我們去探索、理解和保護的無盡奇跡。

參考文獻

[1] Yashina et al. Regeneration of whole fertile plants from 30,000-y-old fruit tissue buried in Siberian permafrost. PNAS. 2012, 109(10), 4008-4013.

[2] Sallon et al. Germination, genetics, and growth of an ancient date seed. Science. 2008, 320, 1464.

[3] Fleming et al. The 141‐year period for Dr. Beal's seed viability experiment: A hybrid surprise. Am Journal of Bot. 2023, 110: e16250.

策劃制作

本文為科普中國-星空計劃作品

出品|中國科協科普部

監制|中國科學技術出版社有限公司、北京中科星河文化傳媒有限公司

作者丨Denovo 科普團隊

稽核丨 王康 國家植物園科普館館長

策劃丨丁崝